光盤(pán)技術(shù)01-2

1、1序論序論光盤(pán)的現(xiàn)狀光盤(pán)的現(xiàn)狀盤(pán)片存儲(chǔ)器的現(xiàn)狀現(xiàn)代被稱為信息時(shí)代，更可以說(shuō)是數(shù)字信息時(shí)代，因此數(shù)字信息媒體正在被不斷使用和普及。如DAT、CD、LD、OD、ROM卡、RAM卡、ROMRAMPACK等。這些數(shù)字信息媒體按形態(tài)可大致分為帶、盤(pán)、固件三種形式。所謂固件就是指象IC（半導(dǎo)體）存儲(chǔ)器那樣的沒(méi)有可動(dòng)部分得部件。這3種媒體根據(jù)存取所需部分的方法不同，其存取時(shí)間也大不相同。由于帶類存儲(chǔ)器雖然存取較慢，但每單位信息的成本低，所以目前的現(xiàn)狀

2、是三個(gè)種類并存。考慮到人們的習(xí)性通常是一旦習(xí)慣了CD、FD的存取速度，就不會(huì)再想回到磁帶，因此從長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮，從磁帶到盤(pán)，從盤(pán)到2C存儲(chǔ)器將是一個(gè)大的時(shí)代潮流，可以認(rèn)為盤(pán)片存儲(chǔ)器作為記錄媒體在今后20年左右將占據(jù)主流位置，最終將被2C存儲(chǔ)器取代。光盤(pán)的歷史簡(jiǎn)單回顧一下盤(pán)片存儲(chǔ)器中光盤(pán)的歷史。1960年美國(guó)科學(xué)家T.H.梅曼成功地利用紅寶石進(jìn)行了固體激光的振蕩，從此以后，將激光的特異性質(zhì)應(yīng)用于光存儲(chǔ)器的研究蓬勃展開(kāi)。其中之一是利用激光的相關(guān)性

3、的全息圖存儲(chǔ)器，另一種是根據(jù)激光的聚光性，利用高能量密度的熱模型光存儲(chǔ)器。全息圖存儲(chǔ)器據(jù)說(shuō)可將A4大小的原稿內(nèi)容壓縮記錄到1mm2的區(qū)域中，是60年代到70年代的光存儲(chǔ)器的研究開(kāi)發(fā)中心。但由于記錄材料的穩(wěn)定性可靠性問(wèn)題及由模擬記錄引起的再現(xiàn)性問(wèn)題等原因，其研究開(kāi)發(fā)漸漸冷了下去。熱模擬光存儲(chǔ)器當(dāng)初并不象全息圖存儲(chǔ)器那樣引人注目。1972年菲利浦公司發(fā)表了激光視覺(jué)（LaserVision）1980年P(guān)ioneer公司成功地將其商品化，以后，

4、隨著CD的商品化和半導(dǎo)體激光的實(shí)用化。其研究開(kāi)發(fā)的建設(shè)進(jìn)一步加快，現(xiàn)在可寫(xiě)入的光文件系統(tǒng)已進(jìn)入了實(shí)用化階段。1982年在世界上首次成功地將光盤(pán)商品化的是東芝公司的TOSTILE3100。直徑300m的光盤(pán)具有巨大的存儲(chǔ)容量，平面可存儲(chǔ)3萬(wàn)頁(yè)A4原稿，雙面則可存6萬(wàn)頁(yè)。另外，在世界上首次使用色素記錄材料實(shí)現(xiàn)商品化的是理光的光盤(pán)系統(tǒng)IMAG10FILE3300。雖說(shuō)只有直徑13cm這樣小的尺寸，但卻擁有平面0.4GB、雙面0.8GB的大容量

5、。最近，直徑13cm的裝置（驅(qū)動(dòng)器）的厚度已和半高的FD驅(qū)動(dòng)器一樣薄，直徑3.5〞的盤(pán)正在開(kāi)發(fā)中。光盤(pán)的種類與可靠性光盤(pán)有3種類型，一是象CD那樣的只讀型，二是只可寫(xiě)一次的WO型，三是可重復(fù)寫(xiě)入的RW型，只是后者在可靠性和長(zhǎng)期耐久性方面存在很大問(wèn)題。使用金屬等一般記錄材料的光盤(pán)與FD等磁性媒體的耐久性大致相同，約為10年左右，使用色素記錄材料那樣的不銹材料的光盤(pán)，雖說(shuō)沒(méi)有象日本紙那樣千年的壽命，但也可以具有100年以上的保存壽命。光盤(pán)的

6、技術(shù)范圍光盤(pán)最先被實(shí)際應(yīng)用并大范圍普及的運(yùn)用于數(shù)字音頻的CD和用于動(dòng)態(tài)圖像的LD，他們都是只讀的，只能寫(xiě)入一次的WO，也作為業(yè)務(wù)用文件即計(jì)算機(jī)文件而被實(shí)際應(yīng)用與普及，可讀寫(xiě)任意次的RW型光盤(pán)還在開(kāi)發(fā)階段，由于可靠性與耐久性問(wèn)題，其實(shí)際應(yīng)用還將期待未來(lái)。另外，在存儲(chǔ)容量方面，正受到磁盤(pán)的不斷追趕，這也是今后必須面臨的技術(shù)問(wèn)題。由此可見(jiàn)，目前光盤(pán)技術(shù)可集中在CD、LD、WO技術(shù)上，特別是WO，其讀取技術(shù)與CD、LD相同，又可以寫(xiě)入，所以可作

7、為計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)文件使用。為了了解盤(pán)片技術(shù)，大致上應(yīng)3第1章光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器11光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器概論光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器概論111特征特征圖1.1中顯示了光盤(pán)及在光盤(pán)上記錄和重放信息的光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的概況。使用光驅(qū)構(gòu)成信息處理系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)首先了解其特點(diǎn)及問(wèn)題所在。光盤(pán)的特點(diǎn)如下所列：其最大特長(zhǎng)是存儲(chǔ)密度大、容量大、隨機(jī)存取性能好、每位（bit）的價(jià)格便宜，其次是由于光盤(pán)是非接觸性讀寫(xiě)，抗表面灰塵與污垢能力強(qiáng)。還有，記錄媒體可抽出、交換、可長(zhǎng)期保存存儲(chǔ)

8、數(shù)據(jù)等優(yōu)點(diǎn)。正因?yàn)楣獗P(pán)具有這些特點(diǎn)，所以在以往使用磁帶的應(yīng)用領(lǐng)域中大都換成了光盤(pán)系統(tǒng)，另外這些特點(diǎn)也帶動(dòng)產(chǎn)生了新的應(yīng)用領(lǐng)域。盡管有以上這些優(yōu)點(diǎn)，但光盤(pán)目前仍然存在一些問(wèn)題，如與磁盤(pán)相比，媒體本身的位出錯(cuò)率較高，寫(xiě)入速度、傳送速度及存取時(shí)間慢，而且系統(tǒng)價(jià)格高。不過(guò)，光盤(pán)媒體的位出錯(cuò)率高的問(wèn)題可以通過(guò)引入高度錯(cuò)誤訂正等，符號(hào)譯碼技術(shù)來(lái)確保高可靠的數(shù)據(jù)，改進(jìn)光盤(pán)中存在問(wèn)題的新技術(shù)也在不斷產(chǎn)生。112基本結(jié)構(gòu)及其功能基本結(jié)構(gòu)及其功能光盤(pán)存儲(chǔ)器的

9、結(jié)構(gòu)如圖1.2所示，基本構(gòu)成部分有光盤(pán)媒和光驅(qū)。光驅(qū)用于旋轉(zhuǎn)光盤(pán)盤(pán)片，并將集光為直徑約1μm的激光光點(diǎn)照射到盤(pán)片上進(jìn)行信息的記錄與重放。代表性的光盤(pán)結(jié)構(gòu)如圖1.3所示，在可存儲(chǔ)信息的光盤(pán)存儲(chǔ)器中，為了使激光光點(diǎn)能維持在固定的位置上，設(shè)置了如圖所示的引導(dǎo)槽。引導(dǎo)槽設(shè)置的目的在于，即使當(dāng)光盤(pán)盤(pán)片上要讀寫(xiě)的位置隨著盤(pán)體的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生偏心運(yùn)動(dòng)，也能保證穩(wěn)定的讀寫(xiě)。光檢取器用于將信息穩(wěn)定地寫(xiě)入光盤(pán)及忠實(shí)地重放。光檢取器具有自動(dòng)調(diào)節(jié)的功能，能夠檢出伴

10、隨光盤(pán)旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的面振動(dòng)和引導(dǎo)槽（以下稱為磁道）在盤(pán)片半徑方向的振動(dòng)，并可將這些振動(dòng)限制在一定的誤差范圍之內(nèi)。粗動(dòng)馬達(dá)用于快速地將光撿取器移動(dòng)到盤(pán)片的目標(biāo)位置附近，并和光檢取器內(nèi)部的馬達(dá)合作，使激光追蹤盤(pán)片上引導(dǎo)槽的振動(dòng)。驅(qū)動(dòng)器控制部分是光驅(qū)的頭腦，其功能是按照驅(qū)動(dòng)器接口傳來(lái)的指示，協(xié)調(diào)地管理各控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)動(dòng)作，并將結(jié)果報(bào)告給驅(qū)動(dòng)器接口。下面再詳細(xì)看一下光檢取器、信號(hào)系統(tǒng)和光檢取器控制系統(tǒng)的構(gòu)造。光盤(pán)存儲(chǔ)器的重放方式有透過(guò)型（激光透

11、過(guò)盤(pán)片的方式）和反射型兩種。由于反射型具有易于構(gòu)成光檢取器（容易得到高精度）、可實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)器小型化、盤(pán)片可正反兩面使用等特點(diǎn)，目前已占據(jù)主流地位。下面我們以反射型記錄重放用光檢取器為例進(jìn)行說(shuō)明，其結(jié)構(gòu)如圖1.4所示。如前所述，光檢取器是將半導(dǎo)體激光口發(fā)出的激光進(jìn)行集光后照射到盤(pán)片上的目標(biāo)位置進(jìn)行信息的存儲(chǔ)，同時(shí)將反射光變換為電信號(hào)進(jìn)行信息的重放，由光學(xué)系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)兩部分構(gòu)成。光學(xué)系統(tǒng)用于將激光光點(diǎn)集光到盤(pán)片媒體表面，并檢出激光光點(diǎn)與盤(pán)片

12、媒體上目標(biāo)位置的相對(duì)位置偏差。光學(xué)系統(tǒng)由半導(dǎo)體激光器、透鏡類（耦合透鏡、集光透鏡、對(duì)物透鏡）、棱鏡類（光束分光器、支棱（knifeedge）棱鏡）、14波長(zhǎng)板、光電二極管構(gòu)成。光學(xué)系統(tǒng)的具體實(shí)例如圖1.5所示。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)用于進(jìn)行使對(duì)物透鏡追蹤盤(pán)片面的振動(dòng)的聚焦控制和追蹤磁道的振動(dòng)的跟蹤控制，以便盤(pán)片上的目標(biāo)位置與激光光點(diǎn)的相對(duì)位置關(guān)系能經(jīng)常保持一定，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要由電磁開(kāi)關(guān)、線圈、支撐部分構(gòu)成。在盤(pán)片上目標(biāo)磁道中記錄和重放系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)中還